不同抗性豌豆品種人工接種白粉病后相關生理指標研究

陸建英，王 昶，張麗娟，閔庚梅

（1.甘肅省農業(yè)科學院，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅省農業(yè)科學院作物研究所，甘肅 蘭州 730070）

豌豆白粉病（Erysiphe pisi DC.）是豌豆常見病 害之一[1-2]，甘肅中西部等多數(shù)地方都有發(fā)生和為害。在甘肅，該病主要發(fā)生在豌豆的成株期，發(fā)病葉片和豆莢表面著生白色粉斑，嚴重時甚至整株覆蓋白色粉末，光合作用受阻，豆莢生長不良，對豌豆的品質和產(chǎn)量造成很大的損失[3]，嚴重時可使豌豆減產(chǎn)25%～30%[4-6]。目前，關于豌豆白粉病的研究多集中于抗性鑒定、藥劑篩選防治、抗病基因等方面[7-10]。有研究表明，植物被各類病原物侵染后，有關病原物作為一種生物誘導因子，引起包括葉片葉綠素質量濃度、氣孔密度、細胞膜透性、某些酶的活性等一系列生理生化特性的變化[11-12]。豌豆白粉病的發(fā)生與品種的抗病性有直接的關系，為研究不同抗性品種在感染豌豆白粉菌后其相關防御系統(tǒng)酶活性、葉綠素質量濃度的變化，筆者根據(jù)前期抗性鑒定結果，以不同抗性品種為試材，研究了豌豆白粉病菌接種后品種間相關SOD（超氧化物歧化酶）活性、POD（過氧化物酶）活性、CAT（氧化氫酶）活性、葉綠素質量濃度變化規(guī)律，以期為抗病育種提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗所用豌豆材料為甘肅省農業(yè)科學院作物研究所食用豆課題組經(jīng)過多年選育鑒定的8個豌豆白粉病不同抗性級別的品種（系）。各品種的抗性水平及試驗處理編號見表1。供試病原菌為豌豆白粉病病菌，由甘肅省農業(yè)科學院作物研究所食用豆課題組2015年采自田間發(fā)病病葉，并帶回實驗室分離后豌豆活體保存。

表1 不同抗性水平的豌豆品種（系）及試驗處理

1.2 試驗設計與方法

試驗在甘肅省農業(yè)科學院院作物研究所蘭州試驗基地的日光溫室內進行。2015年9月，將供試豌豆材料按試驗編號分別盆栽種植于裝有栽培基質（蛭石與腐殖質按體積比1∶2比例混合而成）的花盆中，每盆播種10粒，重復3次，播種后置于18℃的日光溫室培養(yǎng)。當豌豆植株第3節(jié)葉片平展時，采集健康葉片進行實驗，同時用手拂法將豌豆白粉菌分生孢子均勻抖落到豌豆幼苗上，置20℃日光溫室培養(yǎng)。接種前及接種后3、5、10 d，采集葉片進行酶活性測定。SOD活性采用氮藍四唑光化還原法，POD活性測定采用愈創(chuàng)木酚法，CAT活性測定采用采用過氧化氫法[13-14]。接種前1 d、接種后1 d各測定葉綠素質量濃度1次，葉綠素質量濃度測定采用分光光度計法[15-16]。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

采用Excel 2007進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，用spss17.0進行方差分析和相關性分析。

2 結果與分析

2.1 豌豆SOD活性的變化

不同抗豌豆白粉病水平的豌豆品種接種病原菌后，葉片中的SOD活性均發(fā)生了變化，具體見圖1。供試品種的SOD活性隨著接種后時間的變化在變化，基本呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢，大多數(shù)品種在接種后5 d SOD活性呈現(xiàn)最大值，10 d后又不同程度下降。SOD活性與豌豆品種、接種后時間差異明顯，抗病品種較高感品種變化明顯，處理T8與其他品種存在明顯相關性，但SOD活性與抗性水平不存在規(guī)律性變化?？偟膩砜?，高感品種的SOD活性明顯低于抗病品種。

圖1 接種后不同豌豆品種葉片中SOD活性變化

2.2 豌豆POD活性的變化

不同抗豌豆白粉病水平的豌豆品種接種病原菌后，葉片中的POD活性變化見圖2。接種后POD活性隨時間變化差異顯著，均呈遞增的變化趨勢，高感品種增幅小于抗病品種，接種后5 d的POD活性最高。POD活性與品種、接種后的時間差異顯著，隨著抗病性的降低，POD活性也在降低，因此，豌豆材料的抗性水平與POD活性呈正相關。方差分析結果顯示，處理T8與處理T1、處理T2、處理T3、處理T4、處理T5在0.05水平差異顯著。POD活性水平總體趨勢是高抗品種＞抗病品種＞中抗品種＞高感品種。

圖2 接種后不同豌豆品種葉片中POD活性變化

2.3 豌豆CAT活性的變化

不同抗豌豆白粉病水平的豌豆品種接種病原菌后，葉片中的CAT活性變化見圖3。隨著接種后時間的變化，CAT活性變化顯著，多數(shù)品種呈現(xiàn)先升高后降低的變化，接種后5 d的酶活性達到最高。不同品種的CAT活性差異不顯著，即隨著品種抗性的變化，CAT活性沒有呈規(guī)律性變化。

圖3 接種后不同豌豆品種葉片中CAT活性變化

2.4 豌豆葉片葉綠素質量濃度的變化

不同品種及接種前后的葉綠素質量濃度的變化差異明顯（圖4）。接種后，所有品種的葉綠素質量濃度均下降，且與品種的抗性水平明顯相關，抗病品種的下降趨勢小于感病品種。葉綠素質量濃度水平總體趨勢是高抗品種＞抗病品種＞中抗品種＞高感品種。

圖4 接種前后不同豌豆品種葉綠素質量濃度的變化

3 小結與討論

研究表明，豌豆SOD、POD、CAT 3種防御酶在接種豌豆白粉菌后發(fā)生一系列變化，其中接種后SOD活性抗感病品種均表現(xiàn)升高，抗病品種SOD活性高于感病品種，而接種后10 d抗病品種的SOD活性又表現(xiàn)出下降趨勢，而感病品種的SOD活性繼續(xù)上升。這就說明植物—病原物的非親和性互作可能激活了O2-的產(chǎn)生系統(tǒng)，植株體內產(chǎn)生大量的活性氧O2-，過多的O2-的積累造成受害植株SOD防御體系崩潰，導致SOD活性降低。而感病品種上升較抗病品種慢，未表現(xiàn)出下降的趨勢。接種后POD活性隨著時間變化呈現(xiàn)持續(xù)上升趨勢，抗病品種上升幅度高于感病品種。接種后CAT活性隨著接種后時間的變化，CAT活性變化顯著，多數(shù)品種呈現(xiàn)先升高后降低的變化。不同品種的CAT活性差異不顯著，隨著品種抗性的變化，CAT活性沒有呈規(guī)律性變化。通過相關性分析，只有POD活性與豌豆品種的抗性呈正相關。因此，可以通過POD活性來判斷豌豆品種的抗性強弱，抗病性越高的品種POD活性也越高，反之則相反，而與SOD、CAT活性沒有固定的關聯(lián)性。接種后葉片的葉綠素質量濃度顯著下降，且與品種的抗性水平呈顯著相關性，抗性品種的葉綠素質量濃度明顯高于感病品種。因此，豌豆受豌豆白粉病侵染誘導后，可把POD活性和葉綠素質量濃度作為抗性材料的鑒定指標。

大量研究發(fā)現(xiàn)，植物在逆境脅迫下體內活性氧的產(chǎn)生和消除的代謝平衡受到破壞，過剩的活性氧能引發(fā)和加劇膜脂過氧化作用，從而破壞膜的結構與功能，嚴重時會導致植物細胞死亡，而SOD、POD是植物體內擔負清除活性氧的保護酶系統(tǒng)中的關鍵酶[17]。近年來，人們對多種植物感病后某些酶活性的變化規(guī)律進行深入研究，發(fā)現(xiàn)其活性與植物抗病有關[18]。在植株誘導抗性系統(tǒng)中，SOD是最早出現(xiàn)的與抗性相關的酶，它可以阻礙超氧陰離子自由基等在植株體內的積累[19]。POD作為保護酶系統(tǒng)中的組成部分與SOD、CAT協(xié)調一致，維持細胞內自由基的低水平，防止自由基毒害。CAT是一種高效清除H2O2的酶，維持植物體內H2O2的正常水平。植物-病原物互作可使CAT活性發(fā)生變化并影響植物體內H2O2的積累，最終影響植物的抗病反應[20]。植物的抗病生理生化機制很復雜，但植物體內正常情況下保護酶系處于平衡狀態(tài)下，在病原物侵染初期測定保護酶活性的相對變化，可以作為一個抗病選育指標[21]。葉綠素質量濃度的高低往往能客觀地反映植物抗病性的強弱[22]。

關于抗性相關防御酶等生理生化指標的研究已比較多，本研究結果與大部分研究的結果相符，但也與少數(shù)研究結果不一致，這可能和研究采用的菌種、接種品種和測定環(huán)境等條件不一致有關。在生理生化指標測定過程中，存在人為因素、接種后測定的最佳時間等限制條件，這也是今后應進一步優(yōu)化的方面。

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